圖1 焊接接頭在不同稀釋率下的拉伸性能：(a) 應力-應變曲線和拉伸斷裂狀態(tài) (b) 焊接接頭的拉伸強度和延伸率統(tǒng)計結果。

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高端光電裝備部激光智能制造技術研發(fā)中心楊上陸研究員團隊在汽車用鋁硅鍍層熱成形鋼激光拼焊研究中取得重要進展。團隊提出了一種基于稀釋率控制的合金化策略，研制出低成本高強鋼焊絲。不同于傳統(tǒng)的“激光燒蝕+焊接”兩步工藝，該研究實現(xiàn)了一步直接激光填絲焊接與高質量接頭制備的協(xié)同優(yōu)化，并系統(tǒng)闡明了其組織調控機理。相關成果以“Enhancing the mechanical performance of laser-welded Al-Si coated 22MnB5 PHS via dilution-controlled nickel addition”為題，發(fā)表于Journal of Materials Research and Technology。

鋁硅鍍層熱成形鋼因兼具高強度與優(yōu)良耐蝕性，已被廣泛應用于新能源汽車車身結構。然而在激光焊接過程中，鍍層鋁進入熔池并發(fā)生偏析，促進鐵素體生成，導致接頭軟化和力學性能下降。這一難題長期制約了鋁硅鍍層熱成形鋼激光拼焊件的工程化應用。同時，現(xiàn)有工藝優(yōu)化手段也難以在簡化流程與滿足工業(yè)需求之間取得平衡。

圖2 稀釋率和鎳含量對熔合區(qū)組織轉變影響的示意圖。

針對上述問題，本研究開發(fā)了一種低成本高強鋼焊絲，通過稀釋率控制實現(xiàn)了焊縫中鎳含量與鋁稀釋比例的有效調控，成功制備出高強度拼焊接頭。結合顯微表征與組織演化模擬，系統(tǒng)揭示了稀釋率與鎳含量對焊縫組織轉變的耦合調控機制。研究發(fā)現(xiàn)，降低稀釋率能夠顯著減少焊縫中平均鋁含量，改善組織均勻性;鎳含量的增加則有效抑制了包晶反應中鐵素體的生成，促進高位錯密度馬氏體形成，并提高低角度晶界比例。鐵素體在凝固過程中的顯著減少，使得淬火溫度下鐵素體分數(shù)明顯降低，從而確保了焊后接頭的優(yōu)異力學性能。所提出的方法在鋁硅鍍層熱成形鋼定制化焊接組件的制造中展現(xiàn)出更高的有效性，不僅提高了接頭延伸率，還促使斷裂位置由焊縫區(qū)轉移至基材。本研究為新能源汽車用熱成形鋼拼焊接頭的工業(yè)化應用提供了一種低成本且具有高度可行性的全新解決方案。

相關工作得到了中國博士后科學基金、國家自然科學基金等項目支持。

審核編輯 黃宇